計算機論文范文計算機論文國外計算機論文筒并捻車間計算機監(jiān)測系

1、計算機論文范文計算機論文國外計算機論文: 筒并捻車間計算機監(jiān)測系統的設計與實現摘要：為實現筒并捻車間生產管理的信息化,更好地推動紡織企業(yè)的發(fā)展,對車間的實際需求進行深入分析,構建了C/S模式的網絡拓撲結構,提出一種基于多Agent的車間生產管理模型,利用多線程技術、STL技術以及數據庫技術對基于多線程的數據采集技術、系統數據的整合方法進行研究,并介紹了系統的管理功能、數據庫結構設計以及軟件設計過程中的技術難點。應用表明,該系統可滿足車間生產管理的需要,并實現企業(yè)生產管理的網絡化。關鍵詞：監(jiān)測系統;筒并捻車間;通信;多線程; C/S紡織工廠生產信息監(jiān)測和管理系統是指利用計算機進行企業(yè)內部事務和生

2、產信息的管理1。對有些紡織企業(yè)的筒并捻車間而言,要實施生產管理的信息化和網絡化,難度相對較大,因為其多車間、多品種、多機型和車間地理位置分散的特點給車間的布線和維護帶來了很大困難,導致生產管理信息化很長時間不能得以實現,使生產管理的方式仍停留在人工管理的傳統模式,更使許多生產信息、設備信息無法及時準確地反饋到企業(yè)生產管理者的手中,給管理者的決策帶來了不便,而且,經調研發(fā)現,目前針對筒并捻車間而開發(fā)的生產信息監(jiān)測和控制系統相對較少,甚至在實際中沒有成功應用的案例。為此,為了適應企業(yè)現代化生產管理的要求,根據筒并捻車間在生產管理方面的實際需求,本文提出了一個多Agent的生產過程執(zhí)行模型,開發(fā)了相

3、應的計算機監(jiān)測系統。1系統網絡結構在系統設計時,鑒于筒并捻車間多機型、車間地理位置分布不規(guī)則的現狀,按照布線方便、通信安全可靠、簡單易維護的原則,利用并聯的方式將多種機型連接在同一條總線上,采取自定義多協議通用數據幀的通信方法,構建了主從式的系統網絡拓撲結構,如圖1所示。該結構由上位機(車間主計算機)和下位機(監(jiān)測器)2部分組成,利用MAX1483標準轉換卡將上位機(車間主采集計算機)的RS232串口轉換為RS485,通過總線將二者相連,實現長距離、高速的串行異步通信2。其中上位機的主要作用是與監(jiān)測器通信、實時采集、校驗、處理、存儲生產數據,然后在終端以數據列表、機臺分布圖及報表的形式為生產管

4、理者提供機臺運轉狀態(tài)和生產數據;其他部門的計算機通過局域網與上位機互聯,形成可靠的客戶/服務器(C/S)結構模式,實現生產參數的網上錄入、各類生產數據的查詢、統計、分析和報表打印,以及遠程在線監(jiān)測機臺的運轉狀態(tài)等功能。監(jiān)測器的主要作用是接收上位機發(fā)送的各項命令,進行實時采集、存貯機臺的產量、停機時間和次數等,并按照通信協議回送指定命令所需的生產數據。2總體設計2. 1系統功能的劃分和設計整個系統的功能主要分為生產數據監(jiān)測和信息管理2個部分,其中生產數據監(jiān)測功能是整個系統的核心功能,除了對整個車間所有機臺的生產過程實時跟蹤外,還要為各個遠程監(jiān)控的客戶端提供實時監(jiān)控的生產數據,更要為各類報表的打印

5、、生產數據的統計與分析等功能提供基礎數據,其主要功能包括: 1)實時數據采集。當系統正常啟動以后,實時數據采集模塊以輪詢的方式不間斷地對下位機進行采集,然后將采集到的數據進行校驗、計算,暫存在數據鏈表和數據庫的臨時表中。2)實時顯示功能。將暫存在數據鏈表中的數據以機臺車間分布圖、數據列表、曲線、報表的形式在終端界面顯示。3)異常報警功能。對生產執(zhí)行過程中出現的一些異常情況予以及時反饋,以便車間主任或廠級生產管理者做出科學決策和生產調度,并將這些異常記錄保存,方便日后查詢。4)多種監(jiān)測方式。為了方便用戶遠程在線監(jiān)控和系統運行參數的維護,系統提供了分機臺、分崗位、分組、分車間、分品種的監(jiān)控方式,能

6、夠比較直觀地顯示機臺的運轉狀態(tài)和生產數據。信息管理是對采集來的實時數據進行檢索和綜合處理,以及對歷史數據進行數據統計和分析。其主要功能包括: 1)安全性管理。主要是針對遠程在線監(jiān)控的客戶端用戶合法性的管理,從而達到保護系統數據庫安全性的目的。采取的設計方案是服務器端監(jiān)控系統首先判斷客戶端用戶計算機IP地址的合法性,若合法,則根據用戶名和密碼來登錄系統,若登錄成功,為其分配該賬戶所對應的用戶功能權限,若登錄不成功,則提示錯誤信息,同樣,如果IP地址不在用戶列表中,即不合法,則直接拒絕登錄。2)與ERP系統的有效集成。根據ERP系統提供的API數據接口,實現2個異構數據庫的有效集成,其目的是從ER

7、P系統中讀取廠級領導為車間制定的各類生產指標、工藝參數和品種生產計劃等。3)交接班數據的查詢與統計。對機臺的交接班下機產量、質量數據進行統一管理,并通過查詢、統計、分析功能形成與產量、質量相關的各類報表、曲線和分布圖,為生產管理者提供比較直觀、準確的決策數據。4)基礎數據維護。在局域網內,可實現系統運行和信息管理所需生產參數的統一編碼、錄入、更新和維護操作。5)統計與分析。統計分析功能主要包括:設備利用率數據的統計、歷史數據的查詢、歷史趨勢曲線的分析等,其中設備利用率主要是按年、月、日對設備利用情況的統計;歷史數據查詢功能是一個多條件的查詢,根據統計結果使廠級生產管理者可預測今后一段時間內設備

8、的運行情況、車間的生產運營情況;歷史趨勢曲線分析功能主要是針對不同用戶的不同需求,在歷史數據表中檢索與品種信息有關的各類數據,然后根據分品種的原則形成用戶所需的各類統計結果,并以曲線的形式在終端顯示。按照上述系統功能的劃分原則,結合車間在生產管理方面的實際需求,在系統功能設計時,采用模塊化程序設計方法3,把整個系統功能進行細化,使其形成系統管理、基礎數據設置、生產數據采集、產量質量管理、數據錄入、統計分析、報表打印7個子模塊,每個子模塊完成相應的管理功能。2. 2多Agent的生產管理模型設計由于生產管理數據的準確性和實時性與計劃分配生產管理調度這一過程的各個環(huán)節(jié)息息相關,相互之間是一種承上啟

9、下的關系,而不是相互獨立的,因此,在生產執(zhí)行過程中必須保證每個環(huán)節(jié)生產數據的正確性,才能為企業(yè)生產管理者提供及時、準確、可靠的數據依據,從而做出科學合理的管理決策。但是,在實際生產過程中,影響生產數據準確性的因素太多,除機臺生產能力和人為因素外,還有品種重要程度、當前成品、半成品的質量、車間計劃的變動以及一些意外情況等,所有這些因素可能會導致生產調度和重新安排機臺的生產計劃任務,為此,構建了多Agent的生產管理模型4,使車間的生產管理更加合理化。其模型如圖2所示。該模型將生產管理過程分為6類Agen,t即:月計劃Agen,t日計劃Agen,t監(jiān)測Agen,t資源Agen,t調度Agent和產

10、品Agent。首先由監(jiān)測系統從ERP系統中讀取車間的生產月計劃,在月初將月計劃Agent細分成日計劃Agen,t按照組崗、機臺生產能力分配計劃任務到機臺,此時月計劃Agent自動退出,啟動日計劃Agen,t日計劃Agent開始調用監(jiān)測Agent去招標,按照投標制度5和機臺生產能力去申請資源Agen,t若成功,則開始安排生產并啟用產品Agen;t否則,啟用調度Agen,t并上報意外情況,日計劃Agent、監(jiān)測Agent和產品Agent將自動退出。對資源Agent而言, 1個資源Agent對應1臺機臺,主要存儲機臺信息、品種信息,當它接到招標書后,根據品種信息、生產計劃信息,判斷機臺是否具備生產能

11、力,若是,則進行投標,中標后安排生產并調用產品Agent。對產品Agent而言,通過建立一定的獎罰制度,將生產數據、產品質量與計劃任務指標進行對比,形成管理決策數據,在計劃生產監(jiān)控管理這一過程中,若發(fā)生更改計劃指標或意外情況,將啟動調度Agen,t由它按照資源Agent的投標書進行生產計劃的分配,并按一定的調度策略、評估值等信息來協調車間的生產任務,實現生產過程的“實時”調度,同時將意外情況進行記錄、反饋和協調,以便領導做出管理決策,提高設備利用率。2. 3系統數據庫的設計2. 3. 1系統數據的劃分與存儲方法由于筒并捻車間計算機監(jiān)控系統每個子系統包含的系統功能較多、工藝數據之間關系復雜、生產

12、數據采集量較大,為此,在系統功能設計階段,采用數據鏈表和數據庫相結合的方法,將系統數據劃分為實時數據和歷史數據,對機臺生產數據進行集中管理和優(yōu)化存儲。其中,對實時數據而言,為了提高數據庫的檢索效率,緩沖服務器CPU的I/O操作和及時響應客戶端用戶的并行操作,在數據庫設計階段,采取了2種存儲方法:一是將實時數據暫存在預先設計好的數據鏈表中,并在內存中開辟一段緩沖區(qū),讓該鏈表暫存在其中,使得在服務器端的所有實時數據的更新、查詢及統計操作都從鏈表中檢索數據,而不直接從數據庫存取數據,這種方法保證了系統用戶的并行操作,提高了系統數據的檢索效率;另一種方法是在數據庫中設計一個臨時數據表,在數據實時采集過

13、程中,讓數據也暫存在該表中,并不斷用最新的數據對其進行更新,該表主要為遠程客戶端用戶的在線監(jiān)控提供基礎數據。歷史數據表主要是用來存儲機臺交接班后的產量、質量數據,其數據量較大,保存時間較長。2. 3. 2主子表結構的設計方法車間為了方便管理,最初給機臺編號時不同的機型采取相同的機臺編號,這給機臺信息表的設計帶來了不便,在機臺信息表中以機臺編號為主鍵,則機臺編號重復,違反了主鍵的唯一性,若以其他字段組合作為主鍵,則會降低系統的檢索效率,為此,在設計機臺信息表時,采取了主子表結構的設計方法,將機臺信息表中的所有機臺按機型進行分類形成子表,在主表中存儲機臺基本信息,在子表中存儲機臺編號、機型、是否監(jiān)

14、測標志、組、崗、所屬車間、品種名稱等機臺的主要信息,主子表間通過“車間、機型”聯系建立相互關系,使其呈樹狀結構6,如圖3所示。在此樹狀結構中,根據機臺類型構成了1棵有7個葉結點的二叉樹,其有1個“機臺信息表”根節(jié)點, 1個“分車間、機型”中間節(jié)點和7個葉子節(jié)點,其中葉子節(jié)點代表每種機型的所有機臺對象,每種機臺對象主要包括機臺編號、機型、是否監(jiān)測標志、組、崗、所屬車間、品種名稱、是否有效等詳細信息,主鍵為機臺編號(MachineID)。為了使車間的每個機臺具有唯一標識,在主表中引入了“機臺標識符”字段,在樹狀結構中,采取從根結點到葉結點,從向左向右的編碼規(guī)則為其編碼,其值為“M+車間+機型編號+

15、機臺編號”,這樣保證了主表中機臺標識符是唯一的,從根本上解決了機臺編號重復的現象。以標識符字段值“M2QL08”為例,其中的“M”代表根結點,“2”代表南車間,“QL”表示轉杯紡,“08”表示機臺的編號,在錄入機臺信息時,首先檢查子表中是否有轉杯紡機型對應的機臺編號,若有則為主表中的機臺標識字段編碼,并將其值存儲在“機臺標識符”字段,否則,提示錯誤。在數據采集過程中,所有機臺以“機臺標識符”作為主鍵將所有有效機臺信息裝入數據鏈表中,并按“機臺標識符”的順序與下位機進行通信。2. 4數據整合方法通過對系統數據的分類和相互之間關系的分析,所采取的數據整合方法為: 1)在系統生產數據實時采集過程中,

16、借助多Agent的生產管理模型,根據當日機臺的品種生產計劃,對機臺的實時生產數據進行監(jiān)控,將異常的品種計劃數據進行實時反饋,使車間領導及時做出決策,進行生產過程調度,并在月初對生產計劃進行修正; 2)采用.NET分層架構,將系統分解成UI(user interface)、數據存儲、通信、實體定義以及業(yè)務邏輯等層次,使數據在高端軟件定義中以對象和消息機制來傳遞,其中數據存儲包含數據庫的連接以及操作通信,業(yè)務邏輯包含數據處理以及協議分解等,通信層包含了與下位機監(jiān)測器串口通信管理,這樣,既能夠保證數據傳輸的完整性,又能較充分地利用系統資源,加快數據的存取速度,有效地提高系統的穩(wěn)定性。2. 5基于多線

17、程的數據采集技術為了使接收到的數據得到及時處理和系統響應其他用戶的并發(fā)操作,在系統開發(fā)過程中利用VC +.NET的W indowsAPI串行端口通信編程技術和多線程技術7。在系統設計過程中,創(chuàng)建了一個工作者線程(數據采集主線程)和多個用戶界面線程,將數據采集功能寫成了工作者線程,讓其在后臺自動運行,循環(huán)不間斷的采集監(jiān)測器中的生產數據,只有應用程序通知數據采集主線程停止的時候,它才立刻停止并退出循環(huán)采集的線程,否則一直運行。多個用戶界面線程用來實現以機臺車間分布圖、數據列表、曲線的形式實時繪制、刷新生產數據以及其他用戶界面操作。數據采集過程為:當系統正常啟動后,首先創(chuàng)建1個機臺信息數據鏈表,然后

18、從機臺信息表中按照“機臺標識符”的順序檢索所有有效的機臺信息,將其封裝在此鏈表中,再啟動工作者線程,根據鏈表中的機臺信息開始與監(jiān)測器建立通信機制。在通信過程中,上位機給監(jiān)測器群發(fā)通信指令,當相應監(jiān)測器收到指令后,按照指令格式回送應答信息,而上位機按監(jiān)測器返回的應答信息來判斷通信是否成功,如果成功,利用WriteFile()函數再發(fā)送一幀指令,正式采集監(jiān)測器中的生產數據,監(jiān)測器收到指令后將數據信息回送到上位機串行口緩沖區(qū),上位機利用ReadFile()函數從緩沖區(qū)內讀出數據,同時對數據進行校驗,將校驗成功的數據存入雙向產量數據表中,否則,提示錯誤。當采集完所有機臺的生產數據后,首先根據鏈表中的機

19、臺、品種信息和生產數據對數據庫中臨時產量表中的數據執(zhí)行更新操作,然后從表尾開始對鏈表中的數據執(zhí)行先給顯示變量賦值后清空指定位置數據的操作,直到鏈表中的數據清空為止,則完成了1次循環(huán)采集。周而復始,重復以上操作。數據采集流程如圖4所示。3雙向數據鏈表的設計上位機每次采集完監(jiān)測器中的數據后,進行大量的計算、統計、處理,然后將結果存入數據庫的臨時產量表中,并以各種動態(tài)的形式在終端顯示,接著指向下個節(jié)點,重復以上操作。這種數據采集方式雖然利用多線程技術很好地解決了多用戶的并發(fā)操作,但是數據庫的更新操作過于頻繁,每采集1次數據需要對數據庫執(zhí)行1次更新操作,使得數據采集的大部分時間被數據庫的更新操作所占用

20、,而且多用戶同時讀寫同一條數據時易引起如下問題: 1)數據更新緩慢; 2)因處理大量的數據,易引起內存數據泄漏。為此,利用C+的標準模板庫STL (standardtemplate library)結構嚴謹、安全機制完善、內存管理優(yōu)秀8的特點,在上位機與監(jiān)測器之間建立通信機制之前,為了釋放上位機CPU的部分時間片,響應用戶的其他并行操作,利用STL技術動態(tài)創(chuàng)建一個容納生產數據的雙向產量數據鏈表lis,t其命令為listCCollectOb*jmyLis,t并利用listCMachineObj*: iterator iter聲明迭代器,其list如圖5所示。上位機將采集來的機臺數據經計算后,按機

21、臺標識碼的順序用命令myLis.t push-front()將其插入數據鏈表list頭節(jié)點的前面,并且頭指針指向新插入數據的節(jié)點,將相關數據按照機臺標識符暫存在鏈表中,當表尾指針和頭指針指向同個節(jié)點時,只需表尾指針前移1個節(jié)點。當所有的機臺數據采集完后,數據采集流程暫停1. 5 s,根據鏈表list中的機臺、品種信息和生產數據對數據庫中臨時產量表的數據執(zhí)行更新操作,然后從表尾開始對鏈表list中的數據執(zhí)行先為顯示變量賦值后清空指定位置數據的操作,同時根據實際的繪圖區(qū)域重新定義指向繪圖窗口的指針和設備描述表指針,并引用機臺對象的Draw方法在視圖中按照機臺信息、品種信息、生產數據、狀態(tài)屬性實現動

22、態(tài)圖形繪制。繪制完畢后,要對繪圖區(qū)域進行刷新,最后將鏈表中所有的數據釋放,如果需要數據采集退出,還要釋放機臺對象所占用的存儲空間,其代碼如下所示:listCMonitorOb*j: iterator iter; for ( iter = myList. begin ( ); iter ! = myList. end(); iter+)myList. remove( iter); /釋放對象占用的存儲空間通過STL所提供的列表容器,采取用空間換時間的方法改進了數據采集過程,減少了數據庫的更新操作次數,很大程度上節(jié)約了執(zhí)行數據庫更新操作所占用的時間,提高了系統的穩(wěn)定性和實時性,有效防止了內存數據泄

23、露的問題。4實際應用分析筒并捻車間計算機監(jiān)測系統在陜西咸陽某紡織廠的筒并捻車間運行以來,已成功實現了機臺產量、車速、效率、停車時間的監(jiān)測、質量的實際管理與各項數據的統計,而且實踐證明系統運行穩(wěn)定,數據采集準確,主要管理功能基本上滿足了車間在生產管理方面的實際需要,并且機臺異常信息反饋及時,為領導決策提供了有力的信息支持,獲得了用戶的好評。經實際應用分析,系統主要有如下優(yōu)點:1)實用性較好。在設計過程中,充分考慮了系統數據的所有來源,對不同來源的數據進行了詳細的劃分和歸類,最后對所有數據進行了整合,增強了系統數據的完整性和實用性。2)靈活性較好。通過局域網,可實現C/S結構的遠程在線實時監(jiān)控和機

24、臺異常數據的診斷,以及實現對生產信息的規(guī)范化管理,減少重復的人工勞動,避免因手工誤抄而造成的主觀隨機錯誤。3)擴展性較好。由于在數據庫設計階段,采取了主-子表結構的設計方法,有效地避免了在不同車間機臺編號重復的現象,故系統稍做改動可擴充其他車間使用或升級到紡織廠生產信息監(jiān)控系統。4)全面性較好。系統實現了從制定生產計劃到生產任務分配,從生產過程監(jiān)控到產量、質量的各種統計。5結語筒并捻計算機監(jiān)測系統采取高性能的C/S應用系統結構,將多線程技術、STL鏈表技術、數據庫技術和異步串口通信技術相結合,實現了機臺生產數據和運轉狀態(tài)的遠程實時監(jiān)測,提高了數據采集的實時性和系統用戶的并發(fā)操作,有效防止了因處

25、理大量的數據而引起的內存數據泄漏問題,降低了數據庫的更新操作,在生產現場取得了良好的效果。該系統集機臺生產數據監(jiān)測和車間信息管理為一體,實現了多車間、多機型、多品種的網絡化管理,提高了筒并捻車間的工作效率,降低了企業(yè)的勞動力成本,加強了生產過程的監(jiān)控和調度,促進了紡織企業(yè)生產管理信息化和網絡化的發(fā)展。參考文獻:1梅自強.我國棉紡織行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)與應對措施J.棉紡織技術, 2008, 36(1): 2-3.MEI Ziqiang. Facing challenges and resolvingmeasuresof national cotton textile industry J. Cotto

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